朱頭山

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新一代錢學森:馬偉明

(2025-09-27 07:29:54) 下一個

中國發布了新航母“福建號”電磁彈射器成功彈射三種艦載機,即J-35, J-15T和空警600。從視頻看,發射平穩,飛機發射後不像美國彈射那樣,會有一個下墜再升起的過程,而是平穩持續上升飛行。這證明中國的電磁彈射係統比美國的先進,穩定。因為這個航母以後是一定要拉出來給公眾看的,作假的可能性不大。因此可以認為,中國在電磁彈射係統上有了重大進展,處於世界領先地位!

美國電磁彈射不順利,已經不是一個新聞了。美國有十一艘航母,隻有最新的福特號,才配備了電磁彈射,但自從福特號2013年下水後,一直問題不斷,直到2020年,還有風聲,說有人建議把電磁彈射撤了。美國軍方也有人說在未來新的航母中,可能還是掉轉頭還使用成熟的蒸汽彈射技術。而且,新一代的福特級航母肯尼迪號下水四年了,據說還是彈射係統不滿意,無法彈射F-35C飛機而耽擱。更新的航母2017年開始造,估計要到2035年下水,如果按此節奏,被中國超越隻是時間的問題了。

在技術曆史上,出現一個先進的技術,因為不好用,又回到老技術的例子也層出不窮。美國電磁彈射經曆的問題,說明這個新生事物還是有些不成熟之處,但也不能斷言中國航母一定不行。作為一個電磁學外行,我在此憑著中學的一些電磁學知識,再加網上的收索,來理解一下電磁彈射技術。

通電後的線圈能在磁場中運動,其方向遵循左手或右手螺旋規則。電磁能帶動飛機強力起飛,這從原理上沒有問題。問題就是如何提供瞬間的強大電量。電腦的做功公式 W=UIt, 一架J-15T 有近30噸重,起飛速度至少200公裏每小時,起飛時動能=1/2MV^2, 那是個非常大的數,要在幾秒鍾的時間內實現,I(電流)的數量將是天文數字。沒有任何發電機能在瞬間提供如此大的爆發電量,儲電是必須的。

但儲電的化學電池的瞬間放電能力是有限的,具有巨大瞬間放電能力,目前隻有飛輪和電容兩種技術可行。飛輪和發電機和用電裝置聯動,平時斷開用電裝置讓電能加速飛輪達到很高的速度,需要時把飛轉的飛輪連上用電裝置,就會瞬間釋放產生很高的電量(應該也是可以調節的)。優點是比其它蓄電方法供電的速度要快,但飛輪很重,還要真空運行,轉動的巨大飛輪還可能影響艦船的航行穩定性。

美國航母就是采用這個技術的。電磁彈射將飛機彈射後,也需要馬上減速到零,否則那麽高的動能會造成損害。飛輪這時就充當了減速器,可以將減速時產生的能量,迅速轉變為飛輪的動能,這樣就充分利用了能量。但是美國航母是核電的,其電量巨大,足夠供給電磁彈射所需。中國排水量八萬餘噸的福建艦采用的是傳統重油或柴油動力而非核動力,但它裝備了三條電磁彈射軌道。電磁彈射在戰機起飛的瞬間需要大量電力,福建艦預估可以裝載五十架各式戰機,其若高頻次起降所需的大量電力從何而來,眾說紛紜。

答案就在被譽為中國艦船電氣工程領域的“國寶級”專家海軍工程學院馬偉明院士所搭建了一整套“全電戰艦”體係。這個被稱為“艦船綜合電力係統”,是馬偉明院士所有高能武器和推進技術能夠上艦的根本前提,被稱為“動力革命”。其核心技術是中壓直流綜合電力係統(MVDC-IPS)。綜合電力係統將艦船的動力和電力係統合二為一,統一調配電能。隻有擁有這個強大、穩定的“心髒”,才能滿足電磁彈射器、電磁炮,激光武器等高能脈衝武器對瞬時巨大電力的需求。

Can China leapfrog the US in the scramble for the world’s best aircraft  carrier?

特別要提出的,馬偉明還 在國際上率先提出並研製成功中壓直流綜合電力係統,實現了中國艦船動力從傳統的機械推進向全電推進的曆史性轉變。福建號的柴油或重油動力的發動機,隻是起了發電機的作用,其驅動螺旋槳的動力,來自於電動機,這就免除了一大堆複雜的機械裝置,提高了效率。

 歐美海軍強國此前普遍采用中壓交流係統(MVAC),但其係統複雜、可靠性較低。馬偉明院士提出的中壓直流係統在功率密度、運行靈活性、穩定性和可靠性上更勝一籌,被認為代表了艦船綜合電力係統的未來發展方向,技術水平領先國外十年以上。

除了以上技術,在潛艇推進技術上,馬偉明團隊也取得了突破性進展,大幅提升了中國潛艇的靜音性能。其核心技術為潛艇無軸泵噴推進器,這種技術取消了傳統的機械傳動軸係,將驅動電機集成在導管內,通過電磁力直接驅動槳葉。由於消除了傳動軸和減速齒輪箱等機械噪音源,它能從根本上降低潛艇的噪音,極大提升了隱蔽性。據公開報道,這項技術已經應用於中國新一代核潛艇,且技術上“領先美國”。

在更基礎的電氣工程領域,馬偉明院士團隊也解決了多個長期困擾世界的難題,並為後來的係統集成打下了堅實基礎。他成功研製出帶穩定繞組的多相整流發電機,從根本上解決了艦船供電係統中的“固有振蕩”世界性難題,榮獲國家科技進步一等獎。他還 創新性地提出了三相/十二相雙繞組電力集成新原理,研製出世界上第一台能用一台電機同時發出交流和直流兩種電的係統,為中國新一代潛艇提供了具有自主知識產權的“中國心”。

因此,已經有人稱他為新一代的錢學森,而且錢的作用是對已有技術的國產替代,錢也是美國培養的科學家。而馬偉明是中國土生土長的,他開發的技術是創新性,因此比錢更高一籌!

 

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閱讀 ()評論 (18)
評論
新林院 回複 悄悄話 華府采菊人 【作為一個空氣動力學家,錢老無疑是非常輝煌的,但錢老在衛星導彈工程中的作用,不是作為一個空氣動力學家,而是整個係統的協調人,能把很多專才捏合在一起解決問題的,才是全才。
有點像是文科學生說的話】
也有點像是在描述奧本海默。
奧本海默也是,他掌控了到那時為止人類曆史上最複雜的工程,把核裂變從理論變成現實,其表現超過他對理論科學的貢獻。
The Manhattan Project was widely considered the most complex undertaking in human history at that time.

華府采菊人 回複 悄悄話 馬厲不厲害,不清楚, 但作者將他比作又一個錢老學森,是不了解錢老的作用, 作為一個空氣動力學家,錢老無疑是非常輝煌的,但錢老在衛星導彈工程中的作用,不是作為一個空氣動力學家,而是整個係統的協調人,全才不可能每一行都是專家,每一行都有自己的專才,能把很多專才捏合在一起解決問題的,才是全才, 也學這個全才單獨一個問題也解決不了。
有點像是文科學生說的話
初春時節 回複 悄悄話 @@ BeijingGirl1
最近沒看見你的新博文呀,期待......
初春時節 回複 悄悄話 不大懂這些,學習了,謝謝。
ylyq_007 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 :
美軍除了在第一次海灣戰爭打了一次漂亮仗,其後這三十多年來,一直吃老本,基本上是跟一些軍事力量極其弱小的對手打, 如同跟臭棋簍子下棋, 很難提升自己水平.

比如海灣戰爭時大放異彩的戰斧巡航導彈,這麽多年一直擠牙膏似的修修改改,到現在還是亞音速的.中國相應的巡航導彈,由當初的CJ10,進化到2019年閱兵的DF100,4倍音速超3000公裏打擊範圍,93閱兵又進化成CJ1000,解說已經是高超音速了,打擊範圍隻能大家想象.而中國新亮相艦載高超音速鷹擊係列,各有各的飛行姿態,美軍現有攔截係統都無法有效攔截。然而美軍自己連一款高超音速導彈都沒有服役。沒有對比,就沒有傷害,特別是大部分人沒有有意識去對比。

至於武器銷售,連民用的高科技產品美國都插手小國的貿易,譬如ASML的光刻機,假若有購買力的中東國家,甚至東南亞國家大規模采購中國高價值進攻武器,可以想見白宮一定會明裏阻止的。所以,沙特來了個曲線救國:跟巴基斯坦結軍事盟。
BeijingGirl1 回複 悄悄話 哇, 專家來了。 文中說美軍隻有一艘航母是電磁彈射。 看來實戰的是蒸汽。 謝謝 @ylyq 的解釋。
ylyq_007 回複 悄悄話 回複 '紅米2015' 的評論 :
:)
你是沒看那彈射視頻,簡言之比我看到的所有美軍飛機在航母上起飛的動作都絲滑.
電磁彈射用的是可控的電磁力,力量可以由弱變強,蒸汽彈射是機械力,力量是由強變弱.
無論對人還是對飛機本身,電磁彈射都優於蒸汽彈射方式,因此中美都轉向電彈.
中國的電磁彈射是模塊化設計,最大彈力可高可低,無人機航母076上也安裝了,滿油滿彈彈射不是問題.

J15T是超30噸重型戰機,對比的是美軍F18E/F,中型艦載機,滿載也不到30噸.
J35對比的F35C,美軍當年不可一世,評估美國以外國家的隱性戰機2030年前都出不來,
為了賺更多外銷錢,將A/B/C三種機型都采用大涵道比/單發設計,做成多功能的笨重產品,結果在福特號上折騰好幾年都無法電磁彈射.福特級航母當初要號稱領先世界下一個50年,但若連隱性戰機都無法彈射,非隱形的F18E/F遇到隱性對手,就隻能被虐菜了.
BeijingGirl1 回複 悄悄話 其實我覺得中國應該兩種都用, 安在不同的航母上。 就像美國的曼哈頓計劃, 也是分頭研究, 後來兩顆原子彈都使用了,也成功了。 當然這個情況不同。畢竟安上了就要多次使用。 可能正式安裝還要花費更多的錢, 所以還是選擇 sink 蒸汽。
BeijingGirl1 回複 悄悄話 美軍哪個實戰是使用了彈射的? 電磁還是蒸汽? 就算實戰, 能把飛機起飛, 也不一定滿載啊。
紅米2015 回複 悄悄話 美軍那個彈射,是實戰情況下,肯定是滿載的。中國那個則不一定。
BeijingGirl1 回複 悄悄話 不過以前都是學別人, 當然解決了很多製造上的困難。 但是這個電磁版是中國自己的原創。 其實不論蒸汽版還是電磁版,科學原理早就有了, 關鍵是實際製造。 這個馬偉明確實挺厲害的。
BeijingGirl1 回複 悄悄話 彈射器的事我事第一次聽說。 看了知乎上的一個介紹 - 《中國航母彈射器秘史》 https://zhuanlan.zhihu.com/p/1955072320604467598
才知道中國已經研究了30年。
BeijingGirl1 回複 悄悄話 回複 '新林院' 的評論 : 是的。 上次閱兵的 東風-61, 如果不是一年前在太平洋發了實彈, 估計很多人都懷疑呢,
星光燦爛 回複 悄悄話 雞血洗腦大外宣!
客居北 回複 悄悄話 “福建號”電磁彈射器除中壓直流係統外,還有一個關鍵是用了電容儲能,充放電快,調控也方便。甲板上一位士兵手上拿了一個象iPad東西,據說是可以根據起飛重量輸入推力,縮短彈射間隙。
新林院 回複 悄悄話 【真的假的?隻有打一架才知道吧。】
美國打仗從沒停過,所以美國武器比較好賣。都是經過實戰檢驗的。
中國自從中越戰爭以後就再也沒打過仗;所以,武器不管數據上多棒,也不好賣。沒經過實戰檢驗。
自從印度那次
“剛買的飛機被打啦
丟人呐
一架都沒飛回家
九十億全部白花”
以後,據說中國武器經過一次實戰檢驗,好賣了一些。

davidinchina 回複 悄悄話 真的假的?隻有打一架才知道吧。
modems 回複 悄悄話 中宣部特稿 +粉紅洗腦貼
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